В 2025 году Россия и прогрессивная часть человечества отметит 64 годовщину первого успешного полёта человека в космос и уже 68 годовщину запуска первого искусственного спутника. С тех пор на околоземной орбите уже побывало более 500 человек.

Освоение космического пространства послужило серьёзнейшим стимулом для развития науки, технологий, промышленности и миропонимания в целом. Мы ежедневно используем большое количество технических решений «родом» из космоса — от космической навигации и связи до одежды и пищи. То, что казалось невозможным, затем очень сложным, вдруг стало обыденным. Чудо обернулось практикой, а к теме космоса и космических технологий активно приобщаются вузы, техникумы, школы и даже детские центры технического творчества.

Студенты магистратуры кафедры «Конструирование радиоэлектронной аппаратуры» Кирилл Абашев и Софья Беляева решили сделать чудо самостоятельно, руководствуясь тезисом писателя-фантаста Артура Кларка: «Любая достаточно развитая технология неотличима от магии».

«Чудом» в данном случае является собственный космический аппарат, способный выполнять практически те же функции, что и аппараты такого же класса, что уже совершают свои полётные миссии на околоземной орбите. Он, правда, будет скромнее — для применения в лабораторных практикумах, учебных проектных исследованиях и демонстрациях возможностей.

Идея создания лабораторного макета наноспутника на кафедре «Конструирование радиоэлектронной аппаратуры» («КРА») существует не первый день, и сейчас получила серьёзное развитие. Проект лабораторного макета спутника формата CubeSat — это выпускная квалификационная работа, где студенты выступают в роли настоящих инженеров-конструкторов на различных этапах проектирования.

В соответствии с идеологией аппаратов класса CubeSat данный макет является модульной масштабируемой системой с точки зрения как конструкции, так и аппаратного и функционального наполнения. Это означает, что его типоразмер можно относительно легко варьировать пропорционально минимального стандартного «кирпичика», так называемого юнита, то есть кубической ячейки конструкции корпуса со стороной 100 мм. С данным шагом в 10 см конструкцию можно наращивать по одной, двум и даже трём осям, получая варианты аппаратов типа 1U, 2U, 3U и так далее.

Корпус аппарата состоит из каркаса с рельсами и шпангоутами, а также из панелей. Последние могут быть сплошными или перфорированными, и имеется возможность размещать на них различные компоненты аппарата, необходимые для выполнения той или иной полётной миссии. Это могут быть солнечные панели, антенны, фото-видеокамеры, датчики различных физических воздействий (радиации, температуры, освещения, заряженных частиц, солнечные и звёздные).

Внутри корпуса стандартным образом размещаются модули и системы: штатные и полезная нагрузка. Штатные модули и системы обеспечивают жизнеспособность аппарата. Это бортовой компьютер, система радиосвязи с наземной станцией, система электрического питания, система ориентации и стабилизации, система обеспечения тепловых режимов. Модули полезной нагрузки обеспечивают выполнение аппаратом полётной миссии. Это различного рода датчики, детекторы, камеры, экспериментальные блоки. Макет позволит студентам проектировать и имитировать различные полётные миссии с готовой и собственной полезной нагрузкой.

Уже сейчас лабораторный космический аппарат имеет конструкцию формата 3U (то есть, параллелепипед размерами 100×100×300 мм), которая состоит из рельсов, шпангоутов и панелей. Все элементы конструкции спроектированы студентами с помощью САПР и изготовлены на 3D-принтерах кафедры. Из оборудования аппарат уже оснащён бортовой ЭВМ, гибридной системой электропитания на основе аккумуляторной батареи и солнечных панелей, модулем телеметрической радиолинии, датчиками температуры модулей, а также бортовой камерой.

Сборку, монтаж, программирование, настройку студенты проводили также сами. Уже сейчас макет позволяет сымитировать автономную работу аппарата, получать удалённо показания датчиков, а также фото и даже видео с камеры. В качестве имитатора наземной станции используется любой персональный компьютер с портами USB и оснащённый модулями стандартной связи WiFi и Bluetooth.

В планах — оснастить аппарат дополнительными датчиками для измерения освещённости, интенсивности магнитного поля, угловых и линейных скоростей и ускорений и т.п., а также дополнительными исполнительными устройствами, например, маховиком системы ориентации и стабилизации, а также универсальным модулем для подключения пользовательской полезной нагрузки.

По мнению разработчиков, макет послужит отличной базой для последующего проектирования и создания уже лётного образца подобного космического аппарата в содружестве с Ижевским радиозаводом, где студенты трудятся конструкторами.

— На каждом этапе создания макета спутника мы сталкивались с разными сложностями. Но самым сложным оказалось программирование. Это не наше профильное направление, но методом проб и ошибок мы своего добились, — поделилась София.

— Моя работа на заводе связана с комической отраслью. Магистратура позволила мне получить целенаправленные знания по той теме, которая необходима мне в дальнейшей работе. По окончанию вуза продолжу работу по созданию настоящего спутника на Ижевском радиозаводе, — пояснил Кирилл.

Научный руководитель, канд. техн. наук, доц., зав. кафедрой «КРА» В.А.Глушков также прокомментировал разработку:

— Одна из областей интересов кафедры — это космическое приборостроение, в рамках которого студенты ежегодно выполняют проектные и исследовательские работы. Некоторые вузы России имеют свои спутники на орбите. Мы задались целью начать двигаться в данном направлении малыми шагами, и студенты изготовили этот макет. Детали напечатали на 3D принтере, соединили, модули смонтировали, спаяли, запрограммировали. Данная конструкция модульная, то есть ее можно изменять, наращивая и другие полезные модули.

Создание спутника тема для Удмуртии новая. Здесь никогда не изготавливали космические корабли или космические аппараты целиком, только отдельные модули или блоки, например, на Ижевском радиозаводе или на Ижевском мотозаводе «Аксион-холдинг». Было бы здорово начать с чего-то развитие инженерной аэрокосмической тематики в регионе, и мы в ИжГТУ уже начли делать первые шаги.

Работа над макетом идет полным ходом. Хотя еще не все идеи воплощены в жизнь, студенты уверенно движутся к намеченной цели. Наша главная цель — это популяризация космического направления на кафедре «КРА» и вовлечение студентов в реализацию проектов космической тематики.

Работа над макетом CubeSat — это яркий пример того, как в стенах технического университета рождаются инновационные проекты, способные внести свой вклад в развитие науки и техники. Разработчики уверены, что создание лабораторного макета станет важным шагом на пути к подготовке высококвалифицированных специалистов, а полученный опыт и наработки будут способствовать росту интереса студентов к космической индустрии.